KR101643735B1 - 조력발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조수 간만의 차가 있는 곳에서 바닷물이 통과하는 길을 가로막아 강한 수류를 조성하고 이 수류를 이용하여 발전을 일으키고자 하는 조력발전 시스템에 관한 것이다. 그 구성은; 본 발명은 조류에 대하여 직각을 이루는 방향으로 설치되되 간격을 두고 배치됨으로써 상기 간격에 의해 만들어지는 공간으로 조류가 통과될 수 있도록 하는 복수 개의 부력실; 상기 부력실 사이의 공간으로 통과하는 조류에 의해 회전될 수 있도록 상기 부력실의 측방으로 돌출되게 설치되는 임펠러; 수위의 고저에 따라 상기 임펠러가 수직방향으로 승하강되도록 하는 임펠러 가이드수단; 상기 임펠러의 회전력을 이용하여 발전을 일으키기 위한 것으로서, 동력전달수단을 통해 상기 임펠러와 연결되는 발전기; 수위의 고저에 따라 상기 발전기를 수직방향으로 승하강시키기 위한 발전기 승강수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

조력발전 시스템{Tidal Power Generation System}
본 발명은 조력발전 시스템에 관한 것으로서, 조수 간만의 차가 있는 곳에서 바닷물이 통과하는 길을 가로막아 강한 수류를 조성하고 이 수류를 이용하여 발전을 일으키고자 하는 조력발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전기 에너지를 얻기 위하여 석탄과 석유 같은 화석연료를 시작으로 현재는 수력발전, 조력발전, 원자력 발전, 태양발전, 풍력발전, 바이오 연료 등으로 발전하였다. 그러나 원자력 발전 같은 경우는 위험문제로 민원이 많다 보니 지역선정 하는 것부터 시작하여 매우 어려운 문제들이 있고 한 번의 실수로(예를 들어, 러시아 체르노빌, 일본 후쿠시마 사고) 많은 인명을 손상할 수 있는 위험성을 항상 가지고 있다.
또한, 방조제를 설치해 운영하는 조력발전시설이나 수력발전은 바다 및 강의 수질오염과 환경파괴 문제로 역시 많은 문제를 가지고 있고 태양광 시설은 가격 경쟁력에서 많이 뒤떨어져 있으며 풍력발전 시설은 우리나라 특성상 바람이 많이 불지 않아 설치 가능한 지역이 너무 한정되어 있고 또한 소음문제로 많은 민원이 있어 이것 또한 시설이 쉽지 않다.
이와 같은 문제에 대하여 조수간만의 차가 큰 국내 환경에 적합한 조력발전시설이 제안되기도 하였지만, 그 실익이 크지 못하거나 홍보효과가 크지 아니하여 널리 보급되고 있지 못하다.
대한민국 특허출원 제10-2009-0010097호 대한민국 특허출원 제10-2014-0042735호 대한민국 실용신안등록출원 제20-2003-0013992호
위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 바다의 특성상 하루에 네 차례 밀물과 썰물이 생길 때 바닷물이 흐르는 속도를 자연적으로 극대화 시켜 동력전달 수축(물레방아)을 돌려 발전함으로써 친환경, 무 원가의 발전 시설을 제공하는 것에 있다. 또한 물을 가두지 아니함으로써 수질을 오염시키는 등 생태계에 악영향을 주지 않는 조력발전시스템을 제공하는 것에 있다.
위와 같은 목적은, 조류가 통과되는 직립구조물 내부에 설치되어 상하기동하는 부력체의 외벽으로 마찰저항을 줄이기 위한 롤러가 설치되는 복수 개의 부력실; 상기 부력실 사이의 공간으로 통과하는 조류에 의해 회전될 수 있도록 상기 부력실의 측방으로 돌출되게 설치되는 임펠러; 수위의 고저에 따라 상기 임펠러가 수직방향으로 승하강되도록 하는 임펠러 가이드수단; 상기 임펠러의 회전력을 이용하여 발전을 일으키기 위한 것으로서, 동력전달수단을 통해 상기 임펠러와 연결되는 발전기; 수위의 고저에 따라 상기 발전기를 수직방향으로 승하강시키기 위한 발전기 승강수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 조력발전시스템에 의해 달성된다.
본 발명의 특징에 의하면, 상기 발전기 승강수단은 부력에 의해 상기 부력실 내부에서 승하강되는 부력체이며; 상기 발전기는 상기 부력실 내부에 설치되되 상기 부력체 상면에 고정 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 부력실 사이의 공간 일부는 선박이 통과하는 뱃길로 이용되도록 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 부력실을 구성하기 위한 직립구조물은 콘크리트 구조물로 되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 부력실 상면에는 교량이 설치됨으로써 상기 부력실은 교각으로 이용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 부력실을 구성하기 위한 직립구조물은 조류의 저항을 줄이기 위하여 갸름한 평면 형태로 되어 있을 수 있다.
위와 같은 구성에 의하면, 환경오염, 수질오염을 완벽하게 해결할 수 있는 청정 발전시설이 제공된다. 본 발명의 실시예에 의하면, 발전시설과 함께 육지와 육지를 연결하는 도로건설(교량)이 자연적으로 이루어지므로 2중 효과를 얻을 수 있다. 좀 더 구체적으로는 다음의 효과를 얻을 수 있겠다.
원자력발전소와 화력발전소, 그리고 수력발전소 건설은 환경오염문제와 위험성 때문에 민원이 많다 보니 지역선정 하는 것부터 시작하여 매우 어려운 문제들을 안고 있다. 그러나 본 발명은 환경오염, 수질오염을 완벽하게 해결할 수 있는 청정 시설로서 이러한 문제가 없다. 또한 바다 환경 그대로를 보존하여 어민들의 생활터전을 유지할 수 있으며, 국내 기준하여 연간 882만t의 이산화탄소 발생 감소 효과를 제공할 수 있다. 또한 본 발명은 발전시설과 함께 육지와 육지를 연결하는 도로건설이 자연적으로 이루어지므로 2중 효과를 얻을 수 있다. 발전시설 주체는 정부의 예산을 얻을 수 있어 적은 자본을 가지고 발전시설을 할 수 있는 효과를 내거나 도로를 유료화하여 건설비를 충당할 수 있어 시설원가를 짧은 기간에 회수할 수 있다.
본 발명은 많은 사람이 찾아오고 또한 조직적인 관광 인프라를 구축함으로써 지역경제를 활성화시킬 수 있으며, 해당 지역의 삶의 질을 높이고 경제적인 특혜를 누리게 할 수 있다. 또한 기존 발전설비들에 비하여 막대한 공사비 지출을 막을 수 있을 뿐만 아니라 확실한 경제적 타당성을 갖추고 있기에 몇 년 내로 공사비 회수를 할 수 있으며 그후로는 공짜로 얻어지는 에너지를 사용하여 많은 전기를 생산하여 전기 수출국으로서 큰 수익을 올릴 수 있게 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 조력발전 시스템의 평면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 조력발전 시스템의 일부 개략 사시도이다.
도 3a,3b은 본 발명의 실시예에 의한 조력발전 시스템의 부력실의 측단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 조력발전 시스템의 정면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 조력발전 시스템의 임펠러와 발전기의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 조력발전 시스템의 부력체의 사시도이다.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 우선 도 1 내지 도 3a,3b을 기본적으로 참조하겠으며 필요시 다른 도면을 인용하며 설명하기로 한다.
본 발명은 밀물과 썰물을 이용한 조력발전 시스템에에 관한 것으로서 바다의 조수간만의 차가 있는 곳에 설치된다. 본 발명의 조력발전시스템은 바닷물의 밀물과 썰물의 흐름을 빠르게 만들고 이 동력을 이용하여 발전기를 돌리는 것을 주된 내용으로 한다.
본 발명의 조력발전시스템의 주요 구성은 부력실(1), 임펠러(30) 및 발전기(31)를 포함한다.
부력실(1)은 복수 개로 구성되되, 조류가 통과되는 직립구조물(10) 내부에 설치되어 상하기동하는 부력체(20)의 외벽으로 마찰저항을 줄이기 위한 롤러(21)(22)가 설치되어 간격을 두고 배치됨으로써 그 간격에 의해 만들어지는 공간(G1,G2)으로 조류가 통과될 수 있도록 한다.
예를 들어 부력실(1)은 약 8m 간격으로 일정하게 이격되어 설치될 수 있으며, 높이는 조수간만의 차에 비례하여 설치되되, 태풍 또는 해일을 예상하여 결정된다.
부력실(1)은 조류가 통과하는 양안(L1,L2) 사이에 설치되는 것이 바람직하다. 이 부력실(1)에 의하면, 양안(L1,L2) 사이로 흐르게 되는 조류(A1,A2)의 유속이 부력실(1)을 기준으로 하여 빨라지게 된다. 바닷물이 통과하는 통로가 좁아지기 때문이다. 부력실(1)은 이처럼 빠른 물살을 조성하며, 바닷물이 만에서 빠져나가는 시간도 연장시켜 발전 시간을 연장시킬 수 있게 한다.
부력실(1)은 통형상의 직립구조물(100)과 그 내부에 설치되는 각종 장치를 포함한다. 조류의 저항을 줄이기 위하여 직립구조물(10)의 평면 형태는 갸름한 형태로 되어 있을 수 있다. 직립구조물(10)은 타원 형태일 수도 있고, 도시된 것처럼 길쭉한 다각형의 형태일 수도 있다. 직립구조물(10)은 철근콘크리트로 되어 있을 수 있다. 직립구조물(10) 하부에는 부력실(1) 내부로 바닷물이 출입할 수 있는 게이트(12)가 마련된다. 부력실 상단에는 바닷물이 많을 때 오버플로우(overflow)되도록 배수구(13)가 마련될 수 있다. 경우에 따라 큰 파도가 밀려올 때 부력실(1)의 저항을 감소시키기 위하여 조류에 정면으로 마주하는 방향을 향해 해수유입구(미도시됨)가 더 마련될 수도 있다. 물의 유입은 원활하여야 하므로 게이트(12)는 도시된 것처럼 부력실(1)의 여러 방향으로 마련될 수 있다.
부력실(1) 사이의 공간 중 일부(G2)는 선박이 통과하는 뱃길로 이용되도록 할 수 있다. 또한 부력실(1) 상면에는 교량(2)이 설치됨으로써 부력실(1)은 교각으로 이용될 수 있다(도 4 참조).
임펠러(30)가 부력실(1) 사이의 공간으로 통과하는 조류에 의해 회전될 수 있도록 직립구조물(10)의 측방으로 돌출되게 설치된다. 임펠러(30)는 항상 바닷물에 1/3 정도만 잠기도록 설치된다. 이를 위해서 임펠러(30)는 밀물(B1)과 썰물(B2)에 따라 상하로 움직일 수 있도록 설치되어야 한다. 임펠러 가이드수단은 수위의 고저에 따라 임펠러(30)가 수직방향(V)으로 승하강되도록 하는 것으로서, 직립구조물(10) 측벽에 수직으로 마련되는 가이드홈(11)을 포함한다. 임펠러(30)는 안전사고의 위험 때문에 뱃길이 설치되지 않은 곳에 설치되는 것이 바람직하지만, 안전시설이 구비된다면 설치가 가능하다.
임펠러(30)의 회전력을 이용하여 발전을 일으키기 위한 발전기(31)가 부력실(1)에 설치된다. 임펠러(30)와 발전기(31)는 동력전달수단을 통해 연결된다. 동력전달수단(32)은 일단의 기어장치, 체인, 벨트 등이 될 수 있으며, 방수 가능한 박스 형태로 설치된다.
발전기(31) 역시 임펠러(30)와 마찬가지로 수위의 고저에 따라 수직방향(V)으로 승하강되어야 한다. 발전기 승강수단은 발전기(31)를 밀물(B1)과 썰물(B2)에 따라 승하강시킨다. 발전기 승강수단은 부력에 의해 부력실(1) 내부에서 승하강되는 부력체(20)일 수 있다. 발전기(31)는 부력실(1) 내부에 설치되되 부력체(20) 상면에 고정 설치될 수 있다.
부력체(20)는 부력으로 해수에 부유할 수 있는 구조체로서 이피에스(EPS)가 사용될 수도 있고, 중공체가 사용될 수도 있다. 부력체(20)가 원활하게 부력실(1) 내부에서 상하기동할 수 있도록 부력체(20)의 외벽에는 마찰저항을 줄이기 위한 롤러(21,22)를 설치할 수 있다(도 6 참조). 롤러(21,22)는 직립구조물(10)의 내벽과 구름운동을 함으로써 부력체(20)로 하여금 수직방향으로 원활히 기동하도록 한다. 부력체(20)로 하여금 부력실(1) 내부에서 안정적으로 상하기동할 수 있도록 레일과 같은 가이드수단이 더 마련될 수도 있다.
그리고 임펠러(30)는 밀물 또는 썰물에 따라 회전방향이 주기적으로 전환되면서 발전을 하게 될 것이다. 그러나 회전되는 중에 파도가 덮침으로써 회전력이 상쇄되는 것을 방지하기 위하여 커버(34)가 임펠러(30)에 덧씌워질 수 있다(도 5 참조). 커버(34)는 임펠러의 회전축(33) 위부분을 감쌈으로써 파도가 임펠러(30)의 상부를 강타하지 못하도록 할 수 있다.
이상에서 설명된 것들은 본 발명의 기술적 사상에 의거한 예시에 불과하다. 당업자는 청구범위를 통해 표현되는 본 발명의 기술적 사상의 범위를 넘지 않는 선에서 예시된 바를 활용하여 다양한 변형실시를 할 수 있을 것이다. 예를 들어 위에 설명된 모든 실시예들은 당업자에 의해 자유롭게 조합되어 실시될 수 있으며 어떠한 조합이든지 본 발명의 권리범위에 포함된다고 해석되어야 한다.
1 : 부력실 2 : 교량
10 : 직립구조물 11 : 가이드홈
12 : 게이트 13 : 배수구
20 : 부력체 21,22 : 롤러
30 : 임펠러 31 : 발전기
32 : 동력전달수단 B1, B2 : 밀물, 썰물
L1,L2 : 양안(兩岸)

Claims (6)

  1. 조류가 통과되는 직립구조물 내부에 설치되어 상하기동하는 부력체의 외벽으로 마찰저항을 줄이기 위한 롤러가 설치되는 복수 개의 부력실;
    상기 부력실 사이의 공간으로 통과하는 조류에 의해 회전될 수 있도록 상기 부력실의 측방으로 돌출되게 설치되는 임펠러;
    수위의 고저에 따라 상기 임펠러가 수직방향으로 승하강되도록 하는 임펠러 가이드수단;
    상기 임펠러의 회전력을 이용하여 발전을 일으키기 위한 것으로서, 동력전달수단을 통해 상기 임펠러와 연결되는 발전기;
    수위의 고저에 따라 상기 발전기를 수직방향으로 승하강시키기 위한 발전기 승강수단;을 포함하며,
    상기 발전기 승강수단은 부력에 의해 상기 부력실 내부에서 승하강되는 부력체이며,
    상기 발전기는 상기 부력실 내부에 설치되되 상기 부력체 상면에 고정 설치되고, 상기 부력실 사이의 공간 일부는 선박이 통과하는 뱃길로 이용되도록 하고,
    상기 부력실을 구성하기 위한 직립구조물은 콘크리트 구조물로 되어 있는 것을 특징으로 하는 조력발전시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 부력실 상면에는 교량이 설치됨으로써 상기 부력실은 교각으로 이용될 수 있는 것을 특징으로 하는 조력발전시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 부력실을 구성하기 위한 직립구조물은 조류의 저항을 줄이기 위하여 갸름한 평면 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 조력발전시스템.
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